DE2630642B2 - Zwei- bzw. dreistufige reversible Pumpenturbine - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine zwei- bzw. dreistufige reversible Pumpenturbine des Francis-Typs mit zwei Läufern, die nebeneinander, jedoch getrennt und gegenseitig gerichtet angeordnet sind, und mit einem weiteren regelbaren Läufer, der auf der allen Läufern gemeinsamen Welle in einem Abstand angeordnet und dem benachbarten Läufer gleichgerichtet ist, wobei die erste Pumpenstufe im Turbinenbetrieb hydraulisch abschaltbar ist

Es ist bekannt, daß zwecks optimaler Ausnutzung von Energieverhältnissen bzw. bestmöglicher Ausgleichung der Druckverhältnisse bei der als Pumpe laufenden Anlage und der als Turbine laufenden Anlage im Falle der als Turbine laufenden Anlage eine Stufe abgeschaltet wird, wodurch man sich den typischen Charakteristiken der reversiblen Pumpenturbinen annähert. Es ist weiterhin zweckmäßig, daß die Leitschaufeln in den Turbinenestufen beweglich sind zwecks Verbesserung der Regelung der gesamten Anlage und zwecks Erreichung der erforderlichen Flexibilität der Wirkungsweise sowie der Regulation der Turbinenleistung.

Die Ausführungen derartiger bekannter Pumpenturbinen ermöglichen zwar, daß beim Turbinenlauf je eine von reihenförmig angeordneten Stufen abgeschaltet werden kann, doch ist bei diesen Anlagen keine effektive Regulation durch die Leitschaufeln möglich. Eine weitere Gruppe der bekannten Ausführungen, bei welcher es sich hauptsächlich um zweistufige Turbinen mit gegenseitig gerichteten Läufern handelt, weist dagegen bewegliche Leitschaufeln auf, doch diese Ausführungsformen ermöglichen keine günstigste Ausgleichung der Druckverhältnisse beim Pumpen- und/ oder Turbinenlauf durch das Abschalten je einer Stufe.

Aus der DE-AS 22 39 858 ist bereits eine Pumpenturbine bekannt, die als dreistufige Pumpe oder als zweistufige Turbine arbeitel- In etwa gleichen Abständen sind auf einer Welle zwei Laufräder fest und ein Laufrad abkuppelbar angeordnet Hierbei ist es nachteilig, daß das An- bzw. das Abkuppeln nicht selbsttätig durchfahrbar ist

Eine weitere reversible Pumpenturbine ist aus der CH-PS 5 55 979 bekannt Bei dieser Pumpenturbine sind ebenfalls drei Laufräder fest auf einer Welle angeordnet, wobei im Pumpenbetrieb das mittlere Laufrad lediglich hydraulisch abgeschaltet wird. Die hydraulisehe Abschaltung macht es erforderlich, daß zur Vermeidung von Energieverlusten das Betriebsmedium aus dem abgeschalteten Teil entfernt wird, wodurch Verzögerungen beim Obergang vom Pumpen- in Turbinenbetrieb unvermeidlich sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vereinfachte Umschaltung zwischen den genannten Betriebsarten

aufzuzeigen, wobei der Wirkungsgrad in beiden

Betriebsarten optimal sein soll. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch lösbar,

daß die Läufer der ersten und der dritten Pumpenstufe in einem aus zwei gegenseitig um 180° versetzten Spiralen bestehendes Gehäuse angeordnet sind, wobei der zur ersten Pumpenstufe gehörige Läufer durch eine an einer Stelle der Welle angeordneten Freilauf- Kupplung selbsttätig mechanisch abschaltbar ist und daß die im Pumpenbetrieb erforderlichen Leitungen im Turbinenbetrieb mittels Fallklappen, die sich außerhalb des Aggregats befinden, abschaltbar sind.

Die Vorteile, welche durch die Bauart der Pumpentur-

bine gemäß der Erfindung erreicht werden, liegen in den optimalen Druckverhältnissen, in den beiden Betriebsfällen, in der Regulierbarkeit der beiden im Turbinenlauf eingeschlossenen Stufen, wodurch das Regulieren der Anlage während des Anlaufs sowie die Regelung der Leistung während des Betriebs ermöglicht werden, in der Möglichkeit einer kompakten Ausführung, in unaufwendiger Fertigung, Transport, Zusammenstellung und Abbau, indem das gesamte Gehäuse auf kleinere Komponenten aufgeteilt ist, in den Möglichkeiten, die Anlage für höhere Drehgeschwindigkeiten auszuführen, wodurch die Durchgangsprofile und das Gewicht sowie der Preis des Antriebsmotors bzw. Generators vermindert werden, unter Beachtung der Energieverhältnisse aber noch in den besseren hydraulisehen Wirkungsgraden der einzelnen Stufen, in der zum Teil selbsttätigen Ausgleichung der hydraulisch bedingten Axialbelastungen der Läufer und im Falle der als Turbine laufenden Anlage in relativ günstiger Art der Gravitationsentwässerung der mechanisch und hydraulisch abgeschalteten Stufe.

Die Erfindung ist im folgenden anhand einer Ausführungsform, die in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellt ist, näher erläutert.
Auf einer gemeinsamen Vertikalwelle 1 sind Läufer 2, 3 und 4 übereinander angeordnet, wobei die Läufer 2 und 3 in einem gemeinsam zweispiraligen Gehäuse 5 durch eine Labyrinthdichtung getrennt sind, während der Läufer 4 in einem Abstand oberhalb des Läufers 3 angeordnet ist, so daß sich dazwischen ein mit den Rückführschaufeln versehener Leitring 6 befindet, der mit einem mit den Umlenkungskanälen des Läufers 4 versehenen Gehäuse 7 verbunden ist. Der Läufer 2 ist von unten mit dem unteren Schließring 8 abgeschlossen,

mit welchem der Saugrohrstutzen 9 verbunden ist und dessen Mittelbereich als eine das untere FOhrungslager 10 der Welle 1 tragende Birne ausgebildet ist, und der Läufer 4 ist analog von oben mit dem oberen Schließring 11, der einerseits mit dem Gehäuse 7 und andererseits mit dem das Führungslager 13 der Welle 1 tragenden Saugkrümmer 12 verbunden ist, abgeschlossen.

Im Gehäuse 5 sind im Einflußbereich seiner unteren Spirale für den Läufer 2 feste Leitschaufeln 14 ausgeführt, die zusammen mit den ober- und unterhalb der Leitschaufel 14 befindlichen Wänden des Gehäuses 5 parallel zur Welle 1 durchgebohrt sind, wobei in diesen Bohrungen Achsen 15 gelagert sind, die den Einflußbereich der oberen Spirale durchqueren und dort in die Leitschaufeln 16 für den Läufer ."J eingeschoben sind, wobei die Achsen 15 und die Leitschaufeln 16 jeweils miteinander verbunden sind, so daß die Schaufeln 16 in Abhängigkeit von den Steuerbewegungen des Regulationssystems 17, das unterhalb des Schließringes 8 bzw. des Gehäuses 5 angeordnet ist, gerichtet werden können. Es ist analog auch der obere Schließring 11 durchgebohrt und darin sind Achsen 18 gelagert, die die Steuerbewegungen vom Regulationssystem 19 den Leitschaufeln 20 zur Beaufschlagung des Läufers 4 übermitteln.

Der Läufer 2 ist in diesem Ausführungsfall mit der Welle 1 direkt verbunden, es ist aber möglich, an der Stelle 21 eine Freilauf-Kupplung vorzusehen, während die Läufer 3 und 4 mit der Welle 1 in jedem Fall drehfest verbunden sind.

Die Pumpenturbine gemäß der Erfindung weist zwischen der Rohrleitung 22, die beim Pumpen- als auch beim Turbinenregime als Saugrohrleitung dient, und der Rohrleitung 23, die in beiden Fällen als Hochdruckleitung angewendet wird, noch zwei Rohrleitungen und zwei Fallklappen auf, von welchen mittels der Leitung 24 die Saugrohrleitung 22 mit dem Saugrohrstutzen 9 in Verbindung steht, wobei diese Leitung 24 nur beim Pumpenreginv in Frage kommt, beim Turbinenregime wird dagegen das in der Leitung 24 befindliche Wasser durch die Abwasserungsleitung 25 ausgelassen, während mittels der Leitung 26 die erste und die zweite Pumpenstufe in Verbindung stehen, wobei die Strömungsrichtung des Wassers, wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich ist, mittels der Fellklappen 27 und 28 wecnselbar ist Die Fallklappe 28 ist zusätzlich mit den Leitrippen 29 ähnlich wie in den Abwinkelungen der Leitungen 24 und 26 versehen.

Die Strömungsrichtung des Wassers ist in der Zeichnung im Falle der als Pumpe laufenden Maschine mit voll ausgezogenen Pfeilen bezeichnet Das Wasser strömt durch die Leitung 22 und längs der gemäß der Zeichnung gestellten Fallklappe 27, danach durch die Leitung 24 und den Saugrohrstutzen 9 der Niederdruck-Pumpenstufe zu, dann wird es vom Läufer 2 durch den mit festen Leitschaufeln 14 versehenen Leitring und die untere Spirale des Gehäuses 5 in die Leitung 26 und demnach längs der gemäß der Zeichnung gestellten Fallklappe 28 und durch den Saugkrümmer 12 in die zweite Pumpenstufe gefördert, wovor, es vom Läufer 4 durch die beweglichen Leitschaufeln 20 und den Leitring 6 in die dritte, d. h. die Hochdruck-Pumpenstufe, und davon vom Läufer 3 durch den mit beweglichen

Leitschaufeln 16 versehenen Leitring und durch die

obere Spirale des Gehäuses 5 in die Ausfluß-, d. h.

Druckleitung 23, gedrückt wird. Die Strömungsrichtung des Wassers ist in der

Zeichnung im Fall der als Turbine laufenden Maschine mit gestrichelt ausgezogenen Pfeilen bezeichnet Die Fallklappen 27 und 28 sollen in diesem Fall in die liegende Stellung geschwenkt werden, um die Leitungen 24 und 26 abzuschließen, und gleichzeitig wird das in der Abwasserungsleitung 25 vorkommende Ventil geöffnet damit das Wasser aus der Leitung 24 abfließt, wodurch die erste Pumpenstufe hydraulisch abgeschaltet ist Die Drehrichtung der Welle 1 ist in diesem Falle umgekehrt als beim Pumpen, wobei der Läufer 2, falls an der Stelle 21 eine Freilauf-Kupplung angebracht ist auch mechanisch abgeschaltet wird. Das Wasser strömt durch die Hochdruckleitung 23, durch die obere Spirale des Gehäuses 5 und den mit beweglichen Leitsrhauteln 16 versehenen Leitring dem Läufer 3 zu, von diesem strömt es aber durch den Leitring 6 und das Gehäuse 7 sowie durch den mit den beweglichen Leitschaufeln 20 versehenen Leitring in den Läufer 4, aus welchem es in den Saugkrümmer 12 und weiter in die Saugleitung 22 abfließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zwei- bzw. dreistufige reversible Pumpenturbine des Francis-Typs mit zwei Läufern, die nebeneinander, jedoch getrennt und gegenseitig gerichtet angeordnet sind, und mit einem weiteren regelbaren Läufer, der auf der allen Läufern gemeinsamen Welle in einem Abstand angeordnet und dem benachbarten Läufer gleichgerichtet ist, wobei die erste Pumpenstufe im Turbinenbetrieb hydraulisch abschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufer (2, 3) der ersten und der dritten Pumpenstufe in einem aus zwei gegenseitig um 180° versetzten Spiralen bestehenden Gehäuse (5) angeordnet sind, wobei der zur ersten Pumpenstufe gehörende Läufer (2) durch eine an einer Stelle (21) der Welle (1) angeordneten Freilauf-Kupplung selbsttätig mechanisch abschaltbar ist, und daß die im Pumpenbetrieb erforderlichen Leitungen (24,26) im Turbinenbetrieb mittels Fallklappen (27, 28) die sich außerhalb des Aggregats befinden, abschaltbar sind.

2. Pumpenturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu den beweglichen Leitschaufeln (16) der Hochdruckstufe gehörenden Welle (15) in Bohrungen durch die festen Leitschaufeln (14) der abschaltbaren Pumpenstufe eingesetzt sind.

3. Pumpenturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (24) außerhalb der Pumpenturbine verläuft und mindestens eine Fallklappe (z. B. 28) mit mitbeweglichen Leitrippen (29) versehen ist